WO2009011296A1 - 経路計画装置、経路計画方法及び移動体 - Google Patents

経路計画装置、経路計画方法及び移動体 Download PDF

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WO2009011296A1
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route
movement
area
moving
unit
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PCT/JP2008/062544
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English (en)
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Inventor
Hidenori Yabushita
Kazuhiro Mima
Yoshiaki Asahara
Original Assignee
Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0268—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using internal positioning means
    • G05D1/0274—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using internal positioning means using mapping information stored in a memory device
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0231—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means
    • G05D1/0246—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means using a video camera in combination with image processing means

Definitions

  • the present invention provides, for example, a route planning device, a route planning method, and a movement equipped with this route planning device for a moving body such as a mouth pot that can move autonomously to determine a moving route according to surrounding conditions.
  • a route planning device for example, a route planning device, a route planning method, and a movement equipped with this route planning device for a moving body such as a mouth pot that can move autonomously to determine a moving route according to surrounding conditions.
  • a moving body such as a mouth pot that can move autonomously to determine a moving route according to surrounding conditions.
  • Robots such as autonomous robots are designed to recognize the environment around them and make a route plan and move accordingly.
  • a route planning device mounted on such a robot a travel route is planned using an environment map for determining whether or not it is possible to move even in an area where there is a level difference from the floor surface.
  • Patent Document 1 describes a technique for achieving the above.
  • a multi-plane extraction unit that calculates a plane parameter from a parallax image or a distance image and extracts a plurality of planes including a floor surface; an obstacle that recognizes an obstacle on a plurality of planes including the floor surface
  • An object recognition unit an environmental map update unit that creates and updates an environmental map for each plane based on the recognition results of the obstacle recognition unit, and a route planning unit that performs route planning based on these environmental maps .
  • the route planning department Even if an area is identified as an obstacle on the environmental map of the plane, if the area is not an obstacle on an environmental map on another plane, the area is selected as a candidate for the travel route. In general, in such a route planning device, the shortest route is generated from the start to the goal.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2 0 0 5-9 2 8 2 0 Disclosure of Invention
  • the power that is normally used the shortest route search method in order to generate the shortest route from the start to the goal, including a sharp curve Such a movement route is also generated. If the route includes such a sharp carp, it will be difficult to follow the wheel moving port pot.
  • the present invention has been made to solve such problems, and when mounted on a robot or the like, a path planning apparatus, a path planning method, and a path capable of expressing a natural moving operation.
  • the purpose is to provide a moving body equipped with a planning device.
  • a path planning device includes a movement prohibited area setting unit that sets a first movement prohibited area for assisting generation of a movement path on one side or both sides of a moving body, and the moving body within the first movement prohibited area.
  • a path determining unit that determines a moving path to a target position so that the moving path does not move, and the movement prohibited area setting unit sets the first movement prohibited area so that the moving path passes through the center of the moving body. It is to set.
  • a moving body such as a robot apparatus
  • a first movement prohibition area that guides generation of a moving path so that the moving path of the moving body passes through the center of the moving body, Prevents creation of uninvolved travel paths.
  • the movement prohibited area setting unit can set the first movement prohibited area on both sides of the outer periphery of the moving body center or on both sides of the moving body so as to come into contact with the occupied area of the moving body. This makes it possible to resonate ⁇ TO
  • the first movement prohibition area is provided on both sides of the center of the moving object. By providing the first movement prohibition area, it is possible to generate a movement path that passes through the center of the moving object.
  • it may further include an area adjustment unit that adjusts the size of the first movement prohibited area according to the movement of the moving body. For example, when a person is loaded, a heavy object is transported, When transporting various liquids, etc., the size of the movement-inhibited area can be adjusted according to various operations to turn slowly or allow sudden turning.
  • the area adjusting unit may adjust the size of the first movement prohibited area according to a moving speed of the moving body.
  • the first movement prohibited area may be a circular or elliptical area, and in this case, the area adjustment unit may increase the moving speed of the moving body as the first movement prohibited area. It can be adjusted so that the radius of the circle or ellipse constituting the diameter increases. As a result, when the moving speed is fast, sudden turning is prohibited and the mouth pot is prevented from slipping or falling.
  • region setting part can set a 2nd movement prohibition area
  • the second movement prohibition region can be a circular or elliptical region including the obstacle, and in this case, the region adjustment unit increases the moving speed of the moving body, The radius of the circle or ellipse constituting the second movement prohibited area can be adjusted to be large.
  • the path planning method includes a movement prohibited area setting step for setting the first movement prohibited area for assisting a movement path on one side or both sides of the moving body, and the moving body moves in the first movement prohibited area.
  • a route determining step for determining a route to a target position so that the first movement prohibited region is set so that the movement route passes through the center of the moving body in the movement prohibited region setting step. It is.
  • the moving body includes: a route planning unit that generates a moving route; and a moving unit that moves based on the moving route generated by the route planning unit.
  • the route planning unit includes one or both sides of the moving body.
  • a movement prohibition area setting unit for assisting generation of a movement path and setting a first movement prohibition area so as to pass through the center of the moving object; and a target so that the moving object does not move in the first movement prohibition area.
  • a route determination unit that determines a movement route to the position.
  • a moving path passing through the center of the moving body can be generated by the moving body, and a natural moving operation can be expressed.
  • a path planning apparatus when mounted on a mobile body such as a robot, a path planning apparatus, a path planning method, and a mobile body equipped with the path planning apparatus capable of expressing a natural movement operation are provided. can do.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a bipedal walking type robot according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a robot according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a route planning apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a route guide area set by a route guide area setting unit and a prohibited area set by a prohibited area setting unit in the route planning apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A is a diagram showing a route guide region set by a route guide region setting unit in the route planning device according to the exemplary embodiment of the present invention, and is a diagram showing when the speed is low.
  • FIG. 5B is a diagram showing a route guide region set by the route guide region setting unit in the route planning device according to the exemplary embodiment of the present invention, and a diagram showing when the speed is high.
  • FIG. 5C The process in the route planning apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a route planning method according to the exemplary embodiment of the present invention. Explanation of symbols
  • the present invention is applied to a ropot device that is mounted with a path planning device capable of expressing a natural movement operation and is movable by, for example, a wheel.
  • the robot is arranged on both sides of the robot.
  • the route guide area sets the route in an area other than the route guide area, a route that turns sharply even if there is an obstacle, etc.
  • the higher the speed of the route guide area the larger the route guide area is set, and the more natural motion is expressed by the robot.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a robot according to an embodiment of the present invention.
  • the robot 1 has a head unit 2, two left and right arm units 3a and 3b, and two left and right leg units 4a and 4b at a predetermined position of the trunk unit 5. It is connected.
  • the robot 1 according to the present embodiment is configured to be movable by wheels built in the leg units 4a and 4b.
  • the robot may be a biped or quadruped walking type robot.
  • the head unit 2 includes an imaging unit 6 and can capture a predetermined range around the head unit 2.
  • the head unit 2 is provided with a microphone, a speaker, etc. (not shown), and can recognize and answer a call from the user.
  • the head unit 2 is connected to the trunk unit 5 so as to be able to rotate in the left-right direction in a plane horizontal to the floor surface. The surrounding environment can be imaged.
  • the arm unit 3a, 3b and the leg unit 4a, 4b are respectively processed by the arithmetic processing unit included in the control unit incorporated in the trunk unit 5 according to a predetermined control program.
  • the amount of driving of the wheel included in the joint part and leg part 4a, 4b included in 3b is controlled, and the joint driving angle of each joint and the rotation angle of the wheel are determined, It takes a desired position and posture.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the robot according to the present embodiment.
  • the robot 1 has a control unit 101, an input / output unit 102, a drive unit 103, a power supply unit 104, an external storage unit 105, and the like.
  • the input / output unit 102 is a camera consisting of a CCD (Charge Coupled Device), etc., for acquiring surrounding video, one or more built-in microphones for collecting ambient sounds, and output audio.
  • a speaker 123 for interacting with the user, an LED 124 for expressing the response and emotions to the user, a sensor unit 125 including a touch sensor, and the like.
  • the drive unit 103 includes a motor 1 3 1 and a dryer 1 32 that drives the motor, and operates the leg units 4 a and 4 b and the arm units 3 a and 3 b according to user instructions.
  • the power supply unit 104 includes a battery 14 1 and a battery control unit 142 that controls the discharging and charging thereof, and supplies power to each unit.
  • the external storage unit 10 5 includes a removable HD D, an optical disk, a magneto-optical disk, and the like, stores various programs and control parameters, and stores the programs and data in the control unit 10 0 1 as necessary. To the memory (not shown).
  • the control unit includes a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), an interface for wireless communication, and the like, and controls various operations of the robot 1. Then, this control unit 101 performs path planning based on the image recognition module 1 2 for analyzing the video acquired by the camera 1 2 1 and the image recognition result, for example, according to the control program stored in the ROM. It has a path planning module 1 3, an action decision module 14 that selects actions to be taken based on various recognition results, and a voice recognition module 15 that performs voice recognition.
  • CPU central processing unit
  • ROM read only memory
  • RAM random access memory
  • this control unit 101 performs path planning based on the image recognition module 1 2 for analyzing the video acquired by the camera 1 2 1 and the image recognition result, for example, according to the control program stored in the ROM. It has a path planning module 1 3, an action decision module 14 that selects actions to be taken based on various recognition results, and a voice recognition module 15 that performs voice recognition.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the route planning apparatus according to this exemplary embodiment.
  • the route planning module is described here as a route planning device, each block processing can be realized by causing the CPU to execute a computer program.
  • the computer program can be provided by being recorded on a recording medium, or can be provided by being transmitted via the Internet or other transmission medium. [0 0 3 3]
  • the route planning device 20 includes a route guide region setting unit 21, a region adjustment unit 2 2, an obstacle detection unit 2 3, a prohibited region setting unit 2 4, and a route determination unit 25.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a route guide area set by the route guide area setting unit 21 and a prohibited area set by the prohibited area setting unit 24.
  • the route guide area setting unit 21 sets a route guide area as a first movement prohibited area on one side or both sides of a robot that is a moving body.
  • This route guide region is a region whose outer periphery passes through the center of the robot and assists the generation of a movement route.
  • the route guide region 3 1 a having the same shape on the left and right sides of the robot 1 Set 3 lb.
  • the route guide areas 3 1 a and 3 1 b are virtual movement prohibition areas that guide the movement path searched by the robot 1 so as to pass through the current position (robot center) of the mouth pot 1.
  • the mouth bot 1 sets the route guide areas on both sides of the robot center.
  • the direction of rotation is as follows.
  • the route guide area may be set only in the area.
  • the robot 1 according to the present embodiment expresses itself in point coordinates, and therefore, the route guide area is set with the point coordinates (robot center) in between. If the coordinates are expressed by a certain line segment or an area corresponding to the mouth pot, the area occupied by the mouth pot and the route guide area may be set to contact each other.
  • the area adjusting unit 2 2 adjusts the size of the route guide areas 3 1 a and 3 1 b according to the movement of the robot.
  • the size of the path guide areas 3 1 a and 3 1 b is controlled so that the size of the path guide areas 3 1 a and 3 1 b increases as the moving speed of the robot 1 increases. It shall be. That is, if the moving speed of the robot 1 is fast, it becomes difficult to follow a path having a steeper carp. Therefore, the size of the route guide areas 3 1 a and 3 1 b is adjusted according to the speed so that natural movement can be expressed.
  • FIGS. 5A to 5C are diagrams showing a route guide region. When the moving speed of the mouth pot 1 is increased, the region adjusting unit 22 is changed from the route guide region shown in FIG. 5A to the route guide region shown in FIG. 5B. To enlarge the setting area.
  • the route guide areas 3 1 a and 3 1 b are not limited to circular areas, but may be areas that are formed only by convex surfaces surrounded by smooth curves. It can also be an elliptical region. In the case of an ellipse, the major axis can be a direction perpendicular to the moving direction of Ropot 1. By setting the direction perpendicular to the moving direction of the robot 1 as the long axis, it is possible to prevent the robot 1 from going around the route guide area and setting the route.
  • the moving distance is generally measured by the number of wheel rotations. Therefore, it is important to move so as not to slip because it is impossible to measure the exact distance when slipping. Therefore, it is necessary to set the route guide area so that the robot 1 rotates at a speed that does not slip or fall.
  • the minimum force that would cause robot 1 to fall when applied to robot 1 is the fall force
  • the minimum force that robot 1 will slip upon application to robot 1 is the friction force.
  • the mass of robot 1 is m
  • the path guide areas 31 a and 31 b are circular
  • the radius is! :
  • the radius of the path guide areas 31 a and 3 l b is the frictional force / tumbling force ⁇ mv 2 / r
  • the route guide areas 31 a and 31 b can be set small.
  • the route guide areas 31 a and 31 b need to be set large.
  • the obstacle detection unit 23 is a sensor unit 125, for example, and detects the obstacle 40 by the sensor.
  • the image acquired by the camera 121 is subjected to image processing by the image recognition module 12 to recognize the size, position and height of the obstacle 40.
  • the prohibited area setting unit 24 sets a prohibited area 41 as a second movement prohibited area around the obstacle 40 detected by the obstacle detecting unit 23.
  • the forbidden area 41 can be a circular area including the obstacle 40, like the route guide areas 31a and 31b. However, the forbidden area 41 can be an area composed only of convex surfaces surrounded by smooth curves. It is not limited to a circle. twitter ⁇ M
  • the route determination unit 25 generates the shortest route from the start T 1 to the goal T 2.
  • the route generation method known algorithms such as Dijkstra method, A * search, and D P matching can be used.
  • a path 51 is generated as the shortest path from the start T1 to the goal T2.
  • the robot 1 makes a sudden turn from the current position to the path 51 in an attempt to follow the path 51.
  • Such a sudden turn is an unnatural behavior as the behavior of the robot 1.
  • the robot 1 cannot set a route in the route guide regions 3 1 a and 3 1 b. Therefore, the path generated by the robot 1 passes through the current position of the robot 1 from the start T 1 and becomes a smooth tune and heel path 5 2 toward the goal T 2, and natural movement is possible.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the route planning method according to the embodiment of the present invention.
  • the environment around the robot 1 is measured by an external sensor, and obstacles around the robot 1 are detected (step S 1). If an obstacle is detected by this obstacle detection, the prohibited area setting unit 24 sets a prohibited area around the obstacle. The range of the prohibited area is set as appropriate according to the moving speed of the robot 1.
  • the coordinates of the robot 1 are set as point coordinates.
  • the robot 1 is a moving body having a certain range (region). Therefore, in the present embodiment, instead of representing the mouth pot 1 in point coordinates, the obstacle is provided with a range of the prohibition area 41 so that the movement range of the pot 1 has a certain range. This can prevent collisions with obstacles. If the system recognizes the coordinates of the robot 1 not as point coordinates but as the original size of the robot 1, this prohibition area may not be provided.
  • the route guide regions 3 1 a and 3 1 b are set on both sides of the robot 1 by the route guide region setting unit 2 1.
  • the area adjustment unit 2 2 adjusts the size of the route guide areas 3 1 a and 3 1 b according to the moving speed of the robot 1.
  • the area adjustment unit 2 2 determines the shape of the route guide areas 3 1 a and 3 lb depending not only on the movement speed of the robot 1 but also on the type of movement, environment, and situation of the mouth bot 1. Can be changed. For example, when a person is on the robot 1, the radius of the route guide areas 3 1 a and 3 1 b can be increased so as to move gently.
  • the frictional force increases, so the radius of the path guide areas 3 1 a and 3 1 b can be set small. In this way, the radius of the route guide areas 3 1 a and 3 1 b can be set according to the movement.
  • a route from the start T to the goal T 2 is generated in consideration of the route guide regions 3 1 a, 3 1 b, and the prohibited region 4 1.
  • This series of path generation operations can be performed at intervals of, for example, several milliseconds or seconds.
  • the optimum route can be set even when the surrounding environment changes.
  • a route guide area is provided so as to contact the area occupied by the robot when the robot passes through the point coordinates (robot center).
  • the movement route By setting the movement route so that it does not pass through this route guide area, a movement route that always passes through the current position of the robot is generated.
  • the curvature of the route guide area is changed according to the movement speed of the pot, and when the speed is high, it moves with a gentle curve, and when the movement speed is slow, it turns with a small turning radius. You can express the movements.
  • the present invention provides, for example, a route planning apparatus, a route planning method, and a moving body equipped with this route planning apparatus for a mobile body such as a robot that can move autonomously to determine a movement route according to surrounding conditions. Widely available.

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Abstract

　ロボット等の移動体に搭載した際には、自然な移動動作を表出させることができる経路計画装置、経路計画方法、及び経路計画装置を搭載した移動体を提供する。経路計画装置（２０）は、ロボットの片側又は両側に、移動経路生成を補助する第１移動禁止領域を設定する経路ガイド領域設定部（２１）と、経路ガイド領域内をロボットが移動しないように目標位置までの経路を決定する経路決定部（２５）とを有する。経路ガイド領域設定部（２１）は、その外周が当該ロボット中心を通るよう経路ガイド領域を設定する。

Description

明 細 書 経路計画装置、 経路計画方法及び移動体 技術分野
[ 0 0 0 1 ]
本発明は、 例えば、 自律的に移動可能な口ポット等の移動体が周囲 の状況に応じて移動経路を決定するための経路計画装置、 経路計画方 法及ぴこの経路計画装置を搭載した移動体に関する。 背景技術
[ 0 0 0 2 ]
自律型等のロボットにおいては、 自身の身の周りの環境を認識して 経路計画を立て、 それに応じて移動するようになされている。 従来、 このようなロボットに搭載する経路計画装置として、 床面とは段差が あるような領域であっても移動可能である否かを判定するための環境 地図を用いて移動経路を計画することを目的とした技術が特許文献 1 に記載されている。
[ 0 0 0 3 ]
特許文献 1に記載の技術においては、 視差画像又は距離画像から平 面パラメータを算出して床面を含む複数平面を抽出する複数平面抽出 部、 床面を含む複数平面の障害物を認識する障害物認識部、 並びに障 害物認識部の認識結果に基づき各平面毎の環境地図を作成及び更新す る環境地図更新部と、 これらの環境地図に基づき経路計画を行なう経 路計画部とを有する。 そして、 経路計画部は、 ある領域について、 床 面の環境地図上で障害物とされた場合でも、 他の平面における環境地 図上で当該領域が障害物ではないとされている場合には、 当該領域を 移動経路の候補とする。 一般的に、 このような経路計画装置において は、 スタートからゴールまでは、 最短経路が生成されている。
[特許文献 1 ] 特開 2 0 0 5— 9 2 8 2 0号公報 発明の開示
発明が解決しようとする課題
[ 0 0 0 4 ]
し力 しながら、 特許文献 1に記載の技術においては、 移動ロボット の現在の位置や移動半径が考慮されておらず、 ロボットが追従するこ とが困難な急カーブを含む経路が計画されることがある。
[ 0 0 0 5 ]
すなわち、 スタートからゴールまでの移動経路を生成するためには 、 通常、 最短経路探索手法が利用される力 従来の最短経路探索では 、 スタートからゴールまでの最短経路を生成するため、 急カーブを含 むような移動経路も生成される。 このような急カープを含むような経 路であると、 車輪移動口ポットであると追従が困難となる。
[ 0 0 0 6 ]
また、 特許文献 1のように障害物を回避するような移動経路を生成 する際には、 口ポットの位置にかかわらず、 スタートとゴールとを結 ぶ最短経路が生成される。 このため、 移動障害物があった場合に、 口 ボットの現在位置を通過しない経路が生成されることがある。 この場 合、 ロボットは経路の方へ急旋回するため、 不自然な動作を表出する こととなる。 このように、 従来の最短経路探索アルゴリズムでは、 口 ボットの現在位置や回転半径を考慮していないため、 急カープを含む 経路が生成されるという問題点がある。
[ 0 0 0 7 ]
本発明は、 このような問題点を解決するためになされたものであり 、 ロボット等に搭載した際には、 自然な移動動作を表出させることが できる経路計画装置、 経路計画方法、 及び経路計画装置を搭載した移 動体を提供することを目的とする。 課題を解決するための手段
[ 0 0 0 8 ]
本発明にかかる経路計画装置は、 移動体の片側又は両側に、 移動経 路生成を補助する第 1移動禁止領域を設定する移動禁止領域設定部と 、 前記第 1移動禁止領域内を前記移動体が移動しないように目標位置 までの移動経路を決定する経路決定部とを有し、 前記移動禁止領域設 定部は、 前記移動経路が当該移動体中心を通過するよう前記第 1移動 禁止領域を設定するものである。
[ 0 0 0 9 ]
本発明においては、 例えばロボット装置等の移動体において、 移動 体の移動経路が当該移動体中心を通るよう移動経路の生成をガイドす る第 1移動禁止領域を設定することで、 移動体中心が含まれない移動 経路を生成することを防止する。
[ 0 0 1 0 ]
また、 前記移動禁止領域設定部は、 その外周が当該移動体中心を挟 んだ両側に又は当該移動体の占有領域に接するようその両側に前記第 1移動禁止領域を設定することができる。 このことにより、 例えば移 „〜TO
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4
動体を点座標で表現するシステムである場合等は移動体中心を挟んだ 両側に第 1移動禁止領域を設け、 点座標で表現しないシステムの場合 には、 当該移動体の占有領域に接するように第 1移動禁止領域を設け ることで、 移動体中心を通る移動経路を生成させることができる。
[ 0 0 1 1 ]
また、 前記移動体の動作に応じて前記第 1移動禁止領域の大きさを 調整する領域調整部を更に有することができ、 例えば人を搭載した場 合、 重いものを搬送する場合、 飲み物のような液体を搬送する場合等 、 各種動作に応じて移動禁止領域の大きさを調整し、 ゆっくり旋回し たり、 急旋回を許容したりすることができる。
[ 0 0 1 2 ]
さらに、 前記領域調整部は、 前記移動体の移動速度に応じて前記第 1移動禁止領域の大きさを調整するものとすることができる。
[ 0 0 1 3 ]
また、 前記第 1移動禁止領域は、 円形又は楕円形の領域であるもの とすることができ、 この場合、 前記領域調整部は、 前記移動体の移動 速度が速いほど、 前記第 1移動禁止領域を構成する円形又は楕円形の 半径の大きさが大きくなるよう調整することができる。 このことによ り、 移動速度が速い場合は、 急旋回を禁止し、 口ポットがスリップし たり転倒したりすることを抑制する。
[ 0 0 1 4 ]
さらに、 障害物を検出する障害物検出部を更に有し、 前記移動禁止 領域設定部は、 前記障害物検出部が検出した障害物の周囲に第 2移動 禁止領域を設定することができる。 これにより、 ロボットの座標を点 座標として表現することができ、 各種演算処理の負荷を低減すること „〜„
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5
ができる。
[ 0 0 1 5 ]
さらにまた、 前記第 2移動禁止領域は、 前記障害物を含む円形又は 楕円形の領域であるものとすることができ、 この場合、 前記領域調整 部は、 前記移動体の移動速度が速いほど、 前記第 2移動禁止領域を構 成する円形又は楕円形の半径の大きさが大きくなるよう調整すること ができる。
[ 0 0 1 6 ]
本発明にかかる経路計画方法は、 移動体の片側又は両側に移動経路 を補助する前記第 1移動禁止領域を設定する移動禁止領域設定工程と 、 前記第 1移動禁止領域内を前記移動体が移動しないように目標位置 までの経路を決定する経路決定工程とを有し、 前記移動禁止領域設定 工程では、 前記移動経路が当該移動体中心を通過するよう前記第 1移 動禁止領域を設定するものである。
[ 0 0 1 7 ]
本発明にかかる移動体は、 移動経路を生成する経路計画手段と、 前 記経路計画部が生成した移動経路に基づき移動する移動手段とを備え 、 前記経路計画手段は、 移動体の片側又は両側に、 移動経路生成を補 助すると共に当該移動体中心を通過するよう第 1移動禁止領域を設定 する移動禁止領域設定部と、 前記第 1移動禁止領域内を前記移動体が 移動しないように目標位置までの移動経路を決定する経路決定部とを 有するものである。
[ 0 0 1 8 ]
本発明においては、 移動体に移動体中心を通る移動経路を生成させ 、 自然な移動動作を表出させることができる。 発明の効果
[ 0 0 1 9 ]
本発明によれば、 ロボット等の移動体に搭載した際には、 自然な移 動動作を表出させることができる経路計画装置、 及び経路計画方法、 並びに経路計画装置を搭載した移動体を提供することができる。 図面の簡単な説明
[ 0 0 2 0 ]
[図 1 ] 本発明の実施の形態にかかる 2足歩行タイプのロボット を示す斜視図である。
[図 2 ] 本発明の実施の形態にかかるロボットを示すブロック図 である。
[図 3 ] 本発明の実施の形態にかかる経路計画装置を示すプロッ ク図である。
[図 4 ] 本発明の実施の形態にかかる経路計画装置における経路 ガイド領域設定部が設定する経路ガイド領域及び禁止領域設定部が設 定する禁止領域を説明するための図である。
[図 5 A] 本発明の実施の形態にかかる経路計画装置における経 路ガイド領域設定部が設定する経路ガイド領域を示す図であり、 速度 が遅いときを示す図である。
[図 5 B ] 本発明の実施の形態にかかる経路計画装置における経 路ガイド領域設定部が設定する経路ガイド領域を示す図であり、 速度 が速いときを示す図である。
[図 5 C] 本発明の実施の形態にかかる経路計画装置における経 „〜―
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路ガイド領域設定部が設定する経路ガイド領域を示す図であり、 経路 ガイド領域の他の例を示す図である。
[図 6 ] 本発明の実施の形態にかかる経路計画方法を示すフロー チャートである。 符号の説明
[ 0 0 2 1 ]
1 πホッ卜
2 頭部ユニット
3 a、 3 b 腕部ュニット
4 a、 4 b 脚部ュニット
5 体幹部ユニット
6 撮像部
1 2 画像認識モジュール
1 3 経路計画モジュール
1 4 行動決定モジュール
1 5 音声認識モジュール
2 0 経路計画装置
2 1 経路ガイド領域設定部
2 2 領域調整部
2 3 障害物検出部
2 4 禁止領域設定部
2 5 経路決定部
3 1 a、 3 1 b 経路ガイド領域
4 0 障害物 4 1 禁止領域
5 1 経路
5 2 曲線経路
1 0 1 制御部
1 0 2 入出力部
1 0 3 駆動部
1 0 4 電源部
1 0 5 外部記憶部
1 2 1 カメラ
1 2 2 内蔵マイク
1 2 3 スピーカ
1 2 5 センサ部
1 3 1 モータ
1 3 2 ドライバ
1 4 1 バッテリ
1 4 2 バッテリ制御部 発明を実施するための最良の形態
[ 0 0 2 2 ]
以下、 本発明を適用した具体的な実施の形態について、 図面を参照 しながら詳細に説明する。 この実施の形態は、 本発明を、 自然な移動 動作を表出させることが可能な経路計画装置を搭載し、 例えば車輪等 により移動可能なロポット装置に適用したものである。
[ 0 0 2 3 ]
本実施の形態にかかる経路計画装置においては、 ロボットの両側に 移動経路生成の際に経路とすることを禁止する、 円形状の経路ガイド 領域を設定する。 そして、 目標位置 （ゴール） までの経路を計画する 際、 当該経路ガイド領域以外の領域に経路を設定させることで、 障害 物等があっても急旋回するような経路を生成せず、 また、 経路ガイド 領域を速度が速くなればなるほど経路ガイド領域を大きく設定するこ とでより自然な動作をロボットに表出させるものである。 ここでは先 ず、 このような経路計画装置が搭載されるロボットについて説明して おヽ
[ 0 0 2 4 ]
図 1は、 本発明の実施の形態にかかるロボットを示す斜視図である 。 図 1に示すように、 ロボット 1は、 体幹部ュニット 5の所定の位置 に頭部ュニット 2、 左右 2つの腕部ュニット 3 a、 3 b、 及び左右 2 つの脚部ュニット 4 a、 4 bが連結されている。 本実施の形態にかか るロボット 1は、 脚部ユニット 4 a、 4 bに内蔵された車輪により移 動可能に構成される。 なお、 ロボットは、 2足若しくは 4足歩行タイ プのロボットであってもよい。
[ 0 0 2 5 ]
頭部ユニット 2には、 撮像部 6が備えられ、 周囲所定範囲を撮影す ることが可能である。 また、 頭部ユニット 2には、 図示せぬマイク、 スピーカ等が備えられ、 ユーザからの呼びかけを認識したり、 それに 答えたりすることも可能である。 頭部ユニット 2は、 体幹部ユニット 5に対して床面に対して水平な面内で左右方向に回動可能に接続され ており、 頭部ュニット 2を回動することで撮像する範囲を状況に応じ て変更し、 周囲の環境を撮像することができる。
[ 0 0 2 6 ] 腕部ュニット 3 a、 3 b及び脚部ュニット 4 a、 4 bは、 体幹部ュ ニット 5に内蔵された制御部に含まれる演算処理部によって、 所定の 制御プログラムに従って各腕部ュニット 3 a、 3 bに含まれる関節部 、 脚部ュ-ット 4 a、 4 bに含まれる車輪の駆動する量が制御され、 各関節の関節駆動角度及ぴ車輪の回転角度が決定されることで、 所望 の位置および姿勢をとるものである。
[0027]
図 2は、 本実施の形態にかかるロボットを示すプロック図である。 ロボット 1は、 図 2に示すように、 制御部 101、 入出力部 1 02、 駆動部 1 03、 電源部 1 04、 及ぴ外部記憶部 1 05などを有してい
[0028]
入出力部 1 02は、 周囲の映像を取得するための CCD (Charge Coupled Device) などからなるカメラ 1 21、 周囲の音を集音するた めの 1又は複数の内蔵マイク 1 22、 音声を出力してユーザと対話等 を行なうためのスピーカ 1 23、 ユーザへの応答や感情等を表現する ための LED 1 24、 タツチセンサなどからなるセンサ部 1 25など を備える。
[0029]
また、 駆動部 1 03は、 モータ 1 3 1及びモータを駆動するドライ ノ 1 32などを有し、 ユーザの指示などに従って脚部ュニット 4 a、 4 bや腕部ユニット 3 a、 3 bを動作させる。 電源部 1 04は、 パッ テリ 14 1及びその放充電を制御するバッテリ制御部 142を有し、 各部に電源を供給する。
[00301 „〜™
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外部記憶部 1 0 5は、 着脱可能な HD D、 光ディスク、 光磁気ディ スク等からなり、 各種プログラムや制御パラメータなどを記憶し、 そ のプログラムやデータを必要に応じて制御部 1 0 1内のメモリ （不図 示） 等に供給する。
[ 0 0 3 1 ]
制御部は、 C P U (Central Processing Unit) 、 R OM (Read Only Memory) 、 R AM (Random Access Memory) 、 無線通信用のィ ンターフェースなどを有し、 ロボット 1の各種動作を制御する。 そし て、 この制御部 1 0 1は、 例えば R OMに格納された制御プログラム に従って、 カメラ 1 2 1により取得した映像を解析する画像認識モジ ユーノレ 1 2、 画像認識結果に基づき、 経路計画を行なう経路計画モジ ユール 1 3、 各種認識結果に基づきとるべき行動を選択する行動決定 モジュール 1 4、 音声認識を行なう音声認識モジュール 1 5などを有 する。
[ 0 0 3 2 ]
ここで、 本実施の形態にかかるロボット 1は、 経路計画モジュール 1 3において、 経路ガイド領域を設定することで自然な動作を表出さ せる移動経路を生成する。 次に、 本実施の形態にかかる経路計画モジ ユールについて詳細に説明する。 図 3は、 本実施の形態にかかる経路 計画装置を示すブロック図である。 なお、 ここでは、 経路計画モジュ ールを経路計画装置として説明するが、 各プロックの処理は、 C P U にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することが可 能である。 この場合、 コンピュータプログラムは、 記録媒体に記録し て提供することも可能であり、 また、 インターネットその他の伝送媒 体を介して伝送することにより提供することも可能である。 [ 0 0 3 3 ]
図 3に示すように、 経路計画装置 2 0は、 経路ガイド領域設定部 2 1、 領域調整部 2 2、 障害物検出部 2 3、 禁止領域設定部 2 4、 及び 経路決定部 2 5を有する。 図 4は、 経路ガイド領域設定部 2 1が設定 する経路ガイド領域及び禁止領域設定部 2 4が設定する禁止領域を説 明するための図である。
[ 0 0 3 4 ]
経路ガイド領域設定部 2 1は、 移動体であるロボットの片側又は両 側に、 第 1移動禁止領域としての経路ガイド領域を設定する。 この経 路ガイド領域は、 その外周が当該ロボット中心を通り、 移動経路生成 を補助するための領域であり、 本実施の形態においては、 ロボット 1 の左右に同一形状の経路ガイド領域 3 1 a、 3 l bを設定する。 この 経路ガイド領域 3 1 a、 3 1 bは、 ロボット 1が探索する移動経路が 、 口ポット 1の現在位置 （ロボット中心） を経由するようにガイドす る仮想的な移動禁止領域である。 なお、 本実施の形態においては、 口 ボット 1は、 当該ロボット中心を挟んだ両側に経路ガイド領域を設定 するものとしているが、 例えば一方向にのみ回転するようなロボット であれば、 回転する方向にのみ経路ガイド領域を設定してもよい。 ま た、 本実施の形態にかかるロボット 1は、 自身を点座標で表現するも のであり、 よって、 当該点座標 （ロボット中心） を挟んで経路ガイド 領域を設定するものとしているが、 ロボットが自身の座標を一定の線 分、 又は口ポットに対応する領域で表現するような場合には、 当該口 ポットが占有する領域と経路ガイド領域とが接するよう設定すればよ い。
[ 0 0 3 5 ] „〜―
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領域調整部 2 2は、 ロボットの動作に応じて経路ガイド領域 3 1 a 、 3 1 bの大きさを調整する。 本実施の形態においては、 ロボット 1 の移動速度が速いほど、 経路ガイド領域 3 1 a、 3 1 bの大きさが大 きくなるよう、 経路ガイド領域 3 1 a、 3 1 bの大きさを制御するも のとする。 つまり、 ロボット 1の移動速度が速いとより急峻なカープ などを有する経路に追従することが困難となる。 よって、 自然な動作 が表出できるように速度に応じて経路ガイド領域 3 1 a、 3 1 bの大 きさを調整する。 図 5 A— Cは、 経路ガイド領域を示す図であり、 口 ポット 1の移動速度が速くなると、 領域調整部 2 2は、 図 5 Aに示す 経路ガイド領域から図 5 Bに示す経路ガイド領域に、 その設定領域を 拡大させる。
[ 0 0 3 6 ]
また、 図 5 Cに示すように、 経路ガイド領域 3 1 a、 3 1 bは、 円 形状の領域に限らず、 滑らかな曲線で囲まれた凸面のみで構成された 領域であればよく、 例えば楕円形の領域とすることもできる。 楕円形 にする場合は、 長軸をロポット 1の移動方向と直交する方向とするこ とができる。 ロボット 1の移動方向と直交する方向を長軸とすること で、 ロボット 1が経路ガイド領域の後から回り込んで経路を設定して しまうことを防止することができる。
[ 0 0 3 7 ]
さらに、 例えば車輪型の移動口ポットであると、 一般には車輪の回 転数により移動距離を測定する。 よって、 スリップすると正確な移動 距離が測定できなくなるため、 スリップしないように移動することが 重要である。 よって、 ロボット 1がスリップしたり転倒しない速度で 回転移動するように経路ガイド領域を設定する必要がある。 [0038]
ここで、 ロボット 1に与えるとロボット 1が転倒してしまう最小の 力を転倒力とし、 ロボット 1に与えるとロボット 1がスリップしてし まう最小の力を摩擦力とする。 また、 ロボット 1の質量を m、 経路ガ イド領域 31 a、 31 bを円形としその半径を！：、 ロボット 1の移動 速度を Vとしたとき、 経路ガイド領域 31 a、 3 l bの半径は、 摩擦力 ·転倒力≥mv 2/r
を満たすことが好ましい。
[0039]
すなわち、 スリップしてしまう摩擦力、 転倒してしまう転倒力が大 きくなれば、 よりスリップ '転倒しにくくなり、 よって経路ガイド領 域 31 a、 31 bを小さく設定することができる。 反対に、 スリップ 、 転倒しやすい構成であれば、 経路ガイド領域 31 a、 31 bは大き く設定する必要がある。
[0040]
障害物検出部 23は、 例えばセンサ部 125などであり、 センサに より障害物 40を検出する。 またはカメラ 121にて取得された画像 を画像認識モジュール 1 2により画像処理して障害物 40の大きさ及 び位置、 高さ等を認識する。
[0041]
禁止領域設定部 24は、 障害物検出部 23が検出した障害物 40の 周囲に第 2移動禁止領域として禁止領域 41を設定する。 禁止領域 4 1は、 経路ガイド領域 31 a、 31 bと同様に、 障害物 40を含む円 形状の領域とすることができるが、 滑らかな曲線で囲まれた凸面のみ で構成された領域であれば円形に限らない。 „〜m
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[ 0 0 4 2 ]
経路決定部 2 5は、 スタート T 1からゴール T 2までの最短経路を 生成する。 経路生成方法としては、 ダイキストラ法、 A*探索、 D P マッチング等の公知のアルゴリズムを使用することができる。 ここで 、 従来であると、 スタート T 1からゴール T 2までの最短経路として 、 経路 5 1を生成する。 その場合、 経路 5 1は、 ロボット 1の現在位 置を通過しないため、 ロボット 1は、 当該経路 5 1に追従しようとし て、 現在位置から経路 5 1に急旋回してしまう。 このような急旋回は 、 ロボット 1の行動としては不自然な行動となってしまう。
[ 0 0 4 3 ]
これに対し、 本実施の形態においては、 ロボット 1は、 経路ガイド 領域 3 1 a、 3 1 bには経路を設定することができない。 したがって 、 ロボット 1が生成する経路はスタート T 1からロボット 1の現在位 置を通り、 ゴール T 2に向かう滑らかな曲 ,镍経路 5 2となり、 自然な 移動が可能となる。
[ 0 0 4 4 ]
次に、 本実施の形態にかかる経路計画方法について説明する。 図 6 は、 本発明の実施の形態にかかる経路計画方法を示すフローチヤ一ト である。 図 6に示すように、 外界センサにより、 ロボット 1の周囲の 環境を測定し、 ロボット 1の周囲の障害物を検出する （ステップ S 1 ) 。 この障害物検出により、 障害物が検出された場合は、 禁止領域設 定部 2 4は、 当該障害物の周囲に禁止領域を設定する。 この禁止領域 の範囲は、 ロボット 1の移動速度に応じて適宜設定する。
[ 0 0 4 5 ]
ここで、 本実施の形態においては、 ロボット 1の座標を点座標とし „〜™
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て認識するシステムを使用する。 しかしながら本来であればロボット 1は、 ある範囲 （領域） を有する移動体である。 そこで、 本実施の形 態においては、 口ポット 1を点座標で表す替わりに障害物に禁止領域 4 1という範囲を設け、 ロポット 1の移動範囲に一定の範囲を持たせ るようにしている。 このことにより、 障害物への衝突等を防止するこ とができる。 なお、 ロボット 1の座標を点座標でなく、 本来のロボッ ト 1の大きさとして認識するようなシステムであれば、 この禁止領域 は設けなくてもよい。
[ 0 0 4 6 ]
次に、 経路ガイド領域設定部 2 1により、 ロボット 1の両サイドに 経路ガイド領域 3 1 a、 3 1 bを設定する。 同時に、 領域調整部 2 2 は、 経路ガイド領域 3 1 a、 3 1 bの大きさをロボット 1の移動速度 に応じて調整する。 ここで、 領域調整部 2 2は、 経路ガイド領域 3 1 a、 3 l bの形状を、 ロボット 1の移動速度に応じてのみならず、 口 ボット 1の動作の種類、 環境、 状況等に応じて変更することができる 。 例えば、 ロボット 1に人が乗っている場合は、 緩やかな動きをする よう、 経路ガイド領域 3 1 a、 3 1 bの半径を大きくすることができ る。 または、 重いものを搬送する場合には、 摩擦力が増すため、 経路 ガイド領域 3 1 a、 3 1 bの半径を小さく設定することができる。 こ のように、 動作に応じて経路ガイド領域 3 1 a、 3 1 bの半径を設定 することも可能である。
[ 0 0 4 7 ]
そして、 最後に、 経路ガイド領域 3 1 a、 3 1 b、 禁止領域 4 1を 考慮して、 スタート Tからゴール T 2までの経路を生成する。 この一 連の経路生成動作は、 例えば数ミリ秒又は数秒に 1回の間隔で行うこ とで、 周囲の環境が変化する場合においても最適な経路を設定するこ とができる。
[ 0 0 4 8 ]
本実施の形態においては、 ロボットが点座標で表現される場合等は 当該点座標 （ロボット中心） を通り、 点座標で表現されない場合は、 当該ロボットが占める領域と接するように経路ガイド領域を設け、 こ の経路ガイド領域を通過しないよう移動経路を設定することで、 常に ロボットの現在位置を経由するような移動経路が生成される。 また、 ロポットの移動速度に応じて経路ガイド領域の曲率を変更し、 速度が 速い場合には、 緩やかなカーブで移動し、 移動速度が遅い場合には小 さい回転半径で曲がるよう、 速度に応じた動作を表出することができ る。
[ 0 0 4 9 ]
なお、 本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく 、 本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であるこ とは勿論である。 産業上の利用可能性
[ 0 0 5 0 ]
本発明は、 例えば、 自律的に移動可能なロボット等の移動体が周囲 の状況に応じて移動経路を決定するための経路計画装置、 経路計画方 法及びこの経路計画装置を搭載した移動体に対して広く利用できる。

Claims

1. 移動体の片側又は両側に、 移動経路生成を補助する第 1移動禁止 領域を設定する移動禁止領域設定部と、
前記第 1移動禁止領域内を前記移動体が移動しないように目標位置 請
までの移動経路を決定する経路決定部とを有し、
前記移動禁止領域設定部は、 前記移動経路が当該移動体中心を通過 するよう前記第 1移動禁止領域を設の ½定する経路計画装置。
2. 前記移動禁止領域設定部は、 その外葷周が当該移動体中心を挟んだ 両側に又は当該移動体の占有領域に接するよ囲うその両側に前記第 1移 動禁止領域を設定する
ことを特徴とする請求項 1記載の経路計画装置。
3. 前記移動体の動作に応じて前記第 1移動禁止領域の大きさを調整 する領域調整部を更に有する
ことを特徴とする請求項 1又は 2記載の経路計画装置。
4. 前記領域調整部は、 前記移動体の移動速度に応じて前記第 1移動 禁止領域の大きさを調整する
ことを特徴とする請求項 3記載の経路計画装置。
5. 前記第 1移動禁止領域は、 円形又は楕円形の領域である
ことを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれか 1項記載の経路計画装
6. 前記領域調整部は、 前記移動体の移動速度が速いほど、 前記第 1 移動禁止領域を構成する円形又は楕円形の半径の大きさが大きくなる よつ卿整一 9 '
ことを特徴とする請求項 5記載の経路計画装置。 19
7. 障害物を検出する障害物検出部を更に有し、
前記移動禁止領域設定部は、 前記障害物検出部が検出した障害物の 周囲に第 2移動禁止領域を設定する
ことを特徴とする請求項 1乃至 6のいずれか 1項記載の経路計画装 [#ο
8. 前記第 2移動禁止領域は、 前記障害物を含む円形又は楕円形の領 域である
ことを特徴とする請求項 7記載の経路計画装置。
9. 前記領域調整部は、 前記移動体の移動速度が速いほど、 前記第 2 移動禁止領域を構成する円形又は楕円形の半径の大きさが大きくなる よう調整する
ことを特徴とする請求項 8記載の経路計画装置。
10. 移動体の片側又は両側に移動経路を補助する前記第 1移動禁止 領域を設定する移動禁止領域設定工程と、
前記第 1移動禁止領域内を前記移動体が移動しないように目標位置 までの経路を決定する経路決定工程とを有し、
前記移動禁止領域設定工程では、 前記移動経路が当該移動体中心を 通過するよう前記第 1移動禁止領域を設定する経路計画方法。
11. 移動経路を生成する経路計画手段と、
前記経路計画部が生成した移動経路に基づき移動する移動手段とを 備え、
前記経路計画手段は、
移動体の片側又は両側に、 移動経路生成を補助すると共に当該移動 体中心を通過するよう第 1移動禁止領域を設定する移動禁止領域設定 部と、 前記第 1移動禁止領域内を前記移動体が移動しないように目標位置 までの移動経路を決定する経路決定部とを有する移動体。
12. 前記移動手段は、 車輪であることを特徴とする請求項 1 1記載 の移動体。
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